HỌC VIỆN
CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
----------

BÀI TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH

CHỦ ĐỀ: SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH

Giảng viên:
Nhóm sinh viên:

Hà Nội – 4/2017


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ................................................... 3
1. Khái quát chung............................................................................................................... 3
2. Đặc trưng cơ bản của truyền hình số............................................................................... 4
CHƯƠNG II: SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH.................................................... 8
1. Lựa chọn tín hiệu số hóa................................................................................................. 8
2. Chọn tần số lấy mẫu........................................................................................................ 9
2.1. Tần số lấy mẫu tín hiệu Video tổng hợp................................................................... 10
2.2 Tần số lấy mẫu tín hiệu Video thành phần................................................................ 11
3. Cấu trúc lấy mẫu............................................................................................................ 11
3.1 Cấu trúc trực giao..................................................................................................... 12
3.2 Cấu trúc quincux mành............................................................................................ 12
3.3 Cấu trúc quincux dòng............................................................................................. 13

triển và khẳng định ưu thế cũng như chỗ đứng trong các kĩ thuật mới. Truyền hình số bắt
đầu được nghiên cứu và các kết quả thu được là khá khả quan. Với kĩ thuật số, các hệ
thống truyền hình có thể giải quyết được hầu hết các vấn đề mà kĩ thuật tương tự hầu như
không giải quyết được. Truyền hình số thực sự là một cuộc cách mạng, từ đó mở ra cho
nền công nghiệp này một giai đoạn mới đầy triển vọng.
Quá trình số hóa tín hiệu là tất yếu. Ở nước ta hiện nay đã và đang có sự chuyển
hóa dần từ truyền hình tương tự sang truyền hình số. Tại các studio, các camera chuyên
dụng,... của đài truyền hình Việt nam đã sử dụng kĩ thuật số.

Nhóm SV: 05

2


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1. Khái quát chung
Sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền
hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình
làm việc theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu trước. Trong một số ứng dụng, tín
hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì nó có khả năng thực hiện được
các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm được hoặc rất khó thực hiện,
nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ.
So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà
không làm giảm chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp, tín hiệu số
đều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự (bộ lọc là một ví dụ cụ thể). Mặc dù

Mã hoá
nguồn

Mã hoá
kênh

Điều chế
số

Kênh
thông tin

Biến đổi
D/A

Giải mã
hoá
nguồn

Tín hiệu truyền
hình tương tự

Giải mã
hoá kênh

Giải điều
chế số

Thiết bị thu


tương tự như đối với hệ thống truyền hình tương tự, thông qua đo kiểm tra tín hiệu chuẩn.
Sau đây là một số đặc điểm của thiết bị truyền hình số so với truyền hình tương tự.
2.1. Yêu cầu về băng tần
Yêu cầu về băng tần là sự khác nhau rõ nét nhất giữa tín hiệu truyền hình số và tín
hiệu truyền hình tương tự. Tín hiệu truyền hình số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng
hơn. Ví dụ với tín hiệu video tổng hợp, yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tần số song
mang phụ - hệ NTSC là 14,4 MHz, nếu thực hiện mã hoá với những từ mã dài 8 bit, tốc
độ dòng bit sẽ là 115,2 Mbit/s, khi đó độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Nếu có thêm các
bit sửa lỗi, yêu cầu băng tần sẽ phải tăng thêm nữa. Trong khi đó tín hiệu tương tự chỉ cần
1 băng tần 4,25 MHz là đủ.
Tuy nhiên với dạng số, khả năng cho phép giảm độ rộng tần số là rất lớn. Với các
kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ đạt được có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa (tất nhiên với mức
độ nén này có thể gây ảnh hưởng xấu cho chất lượng hình ảnh). Các tính chất đặc biệt của
tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự báo cũng làm tăng thêm khả năng giảm băng
tần tín hiệu.
2.2. Tỉ lệ tín hiệu/ tạp âm ( Signal/ Noise)
Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trong
quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi.
Nhiều tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng, tỉ lệ S/N của toàn bộ hệ
thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phần gây ra, vì vậy luôn luôn nhỏ hơn tỉ lệ
S/N của khâu có tỉ lệ thấp nhất.
Với tín hiệu số, nhiễu là các bit lỗi – ví dụ xung “on” chuyển thành “off ”. Nhiễu trong
tín hiệu số được khắc phục nhờ các mạch sửa lỗi. Bằng các mạch này có thể khôi phục lại
các dòng bit như ban đầu.

Nhóm SV: 05

5



Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn các mạch tương tự. Khi mới xuất hiện , giá
thành các thiết bị số cao hơn nhiều so với các thiết bị tương tự. Thêm nữa việc thiết lập,
Nhóm SV: 05

6


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

sử dụng và duy trì chúng còn khá bỡ ngỡ đối với những người làm chuyên môn. Tuy
nhiên, các vấn đề này đã nhanh chóng được thực hiện dễ dàng nhờ sự phát triển của công
nghiệp truyền thông số và công nghiệp máy tính. Các nghành công nghiệp này đã thúc
đẩy sự phát triển của lực lượng nòng cốt trong lĩnh vực kỹ thuật số. Các mạch số tích hợp
cỡ lớn LSI (Large Scale Intergation) và rất lớn VLSI (Very Large Scale Intergation) xuất
hiện làm giảm giá thành trang thiết bị số. Kết quả là nhiều hệ thống này đã có giá thành rẻ
hơn hệ thống tương tự cùng chức năng.
2.6. Xử lý tín hiệu
Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương
tự không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn. Sau khi biến đổi A/D, tín hiệu còn lại một
chuỗi các số, bit “0” và “1”, có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm
chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và
có thể đọc ra với tốc độ nhanh. Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễ dàng là: sửa
lỗi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần v.v…
2.7. Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh
Tin hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách
gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bi nhiễu. Một phần vì tín hiệu số
ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung xoá và
xung đồng bộ bằng các từ mã nơi mà trong hệ thống truyền dẫn tương tự gây ra nhiễu lớn

tín hiệu R-Y và B-Y hoặc các màu cơ bản R, G, B) ra tín hiệu số và truyền
đồng thời theo thời gian hoặc ghép kênh.

Hình 2.2 Biến đổi A/D tín hiệu video thành phần
Nhóm SV: 05

8


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Phương pháp 2 sẽ làm tốc độ bít tăng cao hơn so với việc biến đổi tín hiệu màu Video
tổng hợp. Cách này có ưu điểm là không phụ thuộc các hệ thống truyền hình tương tự,
thuận tiện cho việc trao đổi các chương trình truyền hình. Do mã riêng các thành phần tín
hiệu màu, có có thể khử được nhiễu qua lại (nhiễu của tín hiệu lấy mẫu với các hài của tải
tần số). Vì những nguyên nhân trên nên cách biến đổi số các tín hiệu thành phần (của tín
hiệu Video màu tổng hợp) ưu việt hơn cách biến đổi trực tiếp tín hiệu Video màu tổng
hợp. Do đó, tổ chức truyền hình quốc tế khuyến cáo nên dùng loại này cho trung tâm
truyền hình (studio), truyền dẫn, phát sóng và ghi hình.
2. Chọn tần số lấy mẫu
Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là lấy
mẫu. Do đó tần số lấy mẫu là một trong những thống số cơ bản của hệ thống kĩ thuật số.
Có nhiều yếu tố quyết định việc lựa chọn tần số lấy mẫu. Tần số lấy mẫu cần được xác
định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền với tốc độ bit
nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch điện thực hiện đơn giản.
Để cho việc lấy mẫu không méo, ta phải chọn tần số lấy mẫu f sa ≥ 2fmax
(fmax=5,5MHz, theo tiêu chuẩn truyền hình PAL ) có nghĩa là fsa ≥ 11MHz.
Trong trường hợp fsa < 2fmax, sẽ xảy ra hiệu tượng chồng phổ (aliasing) làm xuất

màn hình các hình đồng màu, thể hiện rõ trong các hình ảnh có nền đồng màu hoặc độ
bão hoà màu cố định (ví dụ ảnh kiểm tra các sọc màu). Độ ổn định các hình đồng màu
trên màn hình phụ thuộc vào quan hệ giữa fsa và các tần số quét dòng, quét mành.
Méo điều chế chéo sẽ không xuất hiện trong trường hợp tấy mẫu và mã hoá riêng
tín hiệu chói và các tín hiệu hiệu số màu.
Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu video màu tổng hợp cho hệ NTSC, PAL, thì
việc chọn tần số fsa tối ưu đơn giản hơn. Thường thì f sa được chọn bằng hài bậc 3 tần số tải
màu fsc:
fsa/PAL=13.3 MHz >2fmax/PAL, fmax/PAL=5 hoặc 5.5 MHz.
fsa/NTSC=10.7 MHz >2fmax/NTSC, fmax/NTSC =4.2 MHz.
Nếu dùng Fs = 4fsNTSC thì fsNTSC = 13,4 MHz; fsPAL = 17,7 MHz

Nhóm SV: 05

10


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Nếu chọn fsa = 4fsc, thì chất lượng hình ảnh khôi phục rất tốt. Tuy nhiên nó làm tăng
tốc độ tín hiệu số. Do đó tín hiệu video số mang đầy đủ những nhược điểm của video
tương tự nên người ta ít sử dụng phương pháp số hóa tín hiệu tổng hợp.
2.2. Tần số lấy mẫu tín hiệu Video thành phần (Comonent Video Signal)
Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu Video thành phần, do tín hiệu truyền đi từng
thành phần chất lượng hình ảnh thu được đảm bảo tốt hơn do ảnh hưởng của sóng mang
phụ khi lấy mẫu không có, nhưng cần lưu :
• Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói fsaY ≥ 2fmaxY và bằng bội số của tần số dòng.
• Tần số lấy mẫu các tín hiệu màu fsa(R-Y)(B-Y) ≥ 2fmax(R-Y)(B-Y) và bằng bội số của tần số

S(x,y,t) hàm lấy mẫu, chỉ khác 0 ở các vị trí và thời gian lấy mẫu.
Ta giả thiết là các điểm (có các mẫu được biểu diễn bằng 3 đại lượng x,y,t) cần xác
định vị trí chính xác, vị trí ở các dòng kề nhau và các mành kề nhau. Nghĩa là phải lựa
chọn cấu trúc thích hợp.
Trong thực tế có nhiều kiểu liên kết về vị trí các mẫu. Nhưng ta chỉ chọn một số:
Cấu trúc trực giao, cấu trúc quincux mành, cấu trúc quincux dòng.
3.1 Cấu trúc trực giao

Hình 2.4 Cấu trúc trực giao
Các mẫu được sắp sếp (trên các dòng kề nhau) thẳng hàng theo chiều đứng. Cấu
trúc này là cố định theo mành và theo ảnh.
Trong trường hợp này tần số lấy mẫu thoả mãn tần số Nyquist. Tuy nhiên theo cấu
trúc này, nó cho tốc độ bit rất cao.
3.2. Cấu trúc quincux mành.

Hình 2.5 Cấu trúc quincux mành
Nhóm SV: 05

12


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Các mẫu trực giao nằm ở mỗi mành. Nhưng các mẫu thuộc mành một lại dịch đi
một nửa chu kỳ lấy mẫu so với các mẫu thuộc mành thứ hai.
Phân tích phổ tần của các cấu trúc quincux mành rất có ý nghĩa mành một. Nó cho
phép làm giảm tần số lấy mẫu theo dòng. Phổ tần cấu trúc nói trên của mành 2 so với phổ
tần mành 1 bị dịch và có thể lồng với phổ tần cơ bản. Nó gây ra méo ở các chi tiết ảnh

Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:4:4 cho chất lượng hình ảnh tốt nhất, thuận tiện cho việc xử
lý tín hiệu video số. Tuy nhiên, với phương pháp lấy mẫu này, tốc độ dòng dữ liệu
video số sẽ tương đối cao, ví dụ khi số hóa tín hiệu video có độ phân giải 720x576
(hệ PAL), 8 bít lượng tử /điểm ảnh, 25 ảnh/s luồng dữ liệu số nhận được sẽ có tốc
độ :
•

3x720x576x8x25=249Mbits/s
Tiêu chuẩn 4:2:2: Tín hiệu chói được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên

dòng tích cực của tín hiệu video. Tín hiệu màu trên mỗi dòng được lấy mẫu với
tần số bằng nửa tần số lấy mẫu tín hiệu chói:

Hình 2.8 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:2

Nhóm SV: 05

14


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình
•

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Tiêu chuẩn 4:1:1: Tín hiệu chói được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên
dòng tích cực của tín hiệu video. Tín hiệu màu trên mỗi dòng được lấy mẫu với
tần số bằng một phần tư tần số lấy mẫu tín hiệu chói (Hình 2.6) Như vậy, nếu
tần số lấy mẫu tín hiệu chói là f D, thì tần số lấy mẫu tín hiệu màu CR và CB sẽ
là fD/4.


Tuyến tính: Các khoảng lượng tử cách đều, không phụ thuộc tín hiệu analog vào.

•

Không tuyến tính: Các khoảng lượng tử thay đổi theo biến đổi biên độ của tín hiệu.
Các vùng ít biến đổi thì khoảng cách lượng tử thưa, các vùng biến đổi nhiều thì
khoảng cách lượng tử ngắn.
Các mức lượng tử đều có biên độ bằng nhau, quá trình lượng tử hóa được gọi là

lượng tử hóa đồng đều. Đây là quá trình biến đổi từ một chuỗi các mẫu vô hạn biên độ
sang các giá trị nhất định, vì vậy các quá trình này gây ra sai số, gọi là sai số lượng tử. Sai
số lượng tử là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi hệ thống số. Các giá trị lượng tử có
thể chứa sai số trong phạm vi ½ Q . Hệ thống số sử dụng 8 bit hoặc lớn hơn 8 bit để biểu
diễn mẫu, sai số lượng tử có thể coi như một nguồn tín hiệu không mong muốn (nhiễu)
cộng thêm tín hiệu trong quá trình lượng tử. Trong hệ thống sử dụng ít hơn 8 bit để biểu
diễn mẫu, sai số lượng tử sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tín hiệu ban đầu, làm méo dạng
sóng, tăng hiệu ứng viền không mong muốn.
Ɛ(t) = |x(t) – x’(t)|
Trong đó:

Ɛ(t) là sai số lượng tử.
x(t) là giá trị mẫu tín hiệu trước lượng tử.
x’(t) là giá trị tín hiệu sau khi lượng tử.

Sai số Ɛ(t) tùy thuộc vào tính thống kê của nguồn tín hiệu vào và độ rộng các mức
lượng tử. Có thế xem Ɛ(t) là một loại nhiễu do quá trình lượng tử hóa gây ra – gọi là méo
Nhóm SV: 05

16

• Mã sơ cấp: Dùng để tạo tín hiệu ở studio.
• Mã bảo vệ và sửa sai: Tăng khả năng chịu đựng của các tín hiệu trong kênh có
nhiễu.
• Mã truyền tuyến tính: Tăng khả năng truyền dẫn.

Nhóm SV: 05

17


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Đầu tiên, tất cả tín hiệu video được mã hoá sơ cấp, sau đó mã hoá chuyển đổi. Mã
sơ cấp là mã cơ sở từ đó hình thành mã bảo vệ (Protection code).
Mã sơ cấp dùng trong truyền hình số là mã nhị phân (Binary code). Mã nhị phân
được chia thành mã cân bằng và mã không cân bằng.
• Mã cân bằng là các mã trong đó hệ số cân bằng được dùng cho mỗi liên kết mã,
ví dụ mã nhị phân tự nhiên.
n −1

F (2) = ∑ C i × 2

i

i =0

Với : Ci=0 hoặc 1
2i hệ số cân bằng


Các biến thứ của RZ: RZ-P, RZ-U.

• Mã BiPh (Binary phace)
Mã có đặc điểm là có đôi xung bổ trợ nhau với điện áp RZ trong mỗi chu kỳ đồng
hồ.
UBiPh(t) = U(t) – 2U(t-0.5T) + U(t-T)
Các biến thứ của BiPh: BiPh-M & BiPh-S.
Từ mã

1

0

1

1

0

1

0

0

Mã NRZ
Mã NRZ-M
Mã NRZ-S
Mã NRZ-P


Hình 2.12 Sơ đồ khối kênh hình của Trung tâm truyền hình
6.2 Các tín hiệu số ở Studio
• Tiêu chuẩn NTSC: 525/60, fmax = 4,2 MHz; fH = 15750Hz; TH = 63,555µs
• Tiêu chuẩn PAL: 625/50, fmax = 5,5 MHz; fH = 15625Hz; TH = 64µs
Tín hiệu Video trong Studio bao gồm:
• Tín hiệu chói Y với fS/Y = 13,5 MHz; mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel
• Tín hiệu số màu C: fS/C = 6,75 MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel
Tín hiệu số được trộn theo 3 cách:
• Nối tiếp, ghép kênh theo thời gian thành một dòng: tốc độ bit 216Mb/s, một
kênh truyền, băng tần cỡ 150MHz, ưu điểm là chỉ có 1 mạch chuyển đổi.
Nhóm SV: 05

20


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

• Song song 3 tín hiệu (cho 1 kênh hình): tốc độ bit 108Mb/s, 54Mb/s, 54Mb/s;
số kênh là 3 kênh hẹp; ưu điểm từng băng tần hẹp, nhược điểm là nhiều đường
truyền.
• Nối tiếp song song (ghép kênh theo thời gian và truyền song song): kết hợp
giữa hai cách trên.

Nhóm SV: 05

21


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số..........................................4
Hình 2.1 Biến đổi A/D tín hiệu video tổng hợp................................................................. 8
Hình 2.2 Biến đổi A/D tín hiệu video thành phần.............................................................. 8
Hình 2.3: Hiện tượng chồng phổ trong trường hợp tần số lấy mẫu thấp........................... 9
Hình 2.4 Cấu trúc trực giao................................................................................................12
Hình 2.5 Cấu trúc quincux mành........................................................................................12
Hình 2.6 Cấu trúc quincux dòng.........................................................................................13
Hình 2.7 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:4:4......................................................................14
Hình 2.8 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:2......................................................................14
Hình 2.9 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:1:1......................................................................15
Hình 2.10 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:0....................................................................15
Hình 2.11 Mã sơ cấp..........................................................................................................19
Hình 2.12 Sơ đồ khối kênh hình của Trung tâm truyền hình............................................ 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. PGS.TS. Lê Nhật Thăng, ThS. Vũ Thúy Hà, ThS. Nguyễn Thị Thu Hiên, ThS Nguyễn
Thị Thu Nga, “Kỹ thuật phát thanh truyền hình”, bài giảng, Học viện Công Nghệ Bưu
Chính Viễn Thông, 2014.
2. Đỗ Hoàng Tiến (Chủ biên), Dương Thanh Phương, “Giáo trình kỹ thuật truyền hình”,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004.